電子測(cè)量與儀器第三版課件

1、電子測(cè)量技術(shù)電子測(cè)量技術(shù) 陳?ài)论玛愛(ài)论?上課教材：上課教材： 電子工業(yè)出版社，陳尚松等，電子測(cè)量與儀器 第三版 具體課時(shí)安排：具體課時(shí)安排：3030學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)理論 + 12+ 12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn) v 考核辦法: 平時(shí)實(shí)驗(yàn)20%、作業(yè)與出勤等20%、理論考試60% v 理論考試內(nèi)容： 作業(yè)60%、課堂重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容20%、課堂未強(qiáng)調(diào)內(nèi)容10 %、實(shí)驗(yàn)知識(shí)10% 注：以上內(nèi)容稍加改動(dòng)即為試題 v 考試形式： 閉卷 本課程的任務(wù) v 掌握通用電子測(cè)量技術(shù)的基本測(cè)量原理和測(cè)量方法 v 具備一定的誤差理論知識(shí)和數(shù)據(jù)處理能力 v 了解通用電子測(cè)量?jī)x器的技術(shù)性能 v 理解基本電信號(hào)參數(shù)、電路元器件參數(shù)的

2、概念和基 本測(cè)量方法 v 熟悉現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)中的智能儀器、虛擬儀器、 合成儀器 第1章 緒 論 1.1 1.1 測(cè)量概述測(cè)量概述 1.2 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述電子測(cè)量?jī)x器概述 1.3 1.3 計(jì)量的基本概念計(jì)量的基本概念 1.4 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況 1.5 1.5 本課程任務(wù)本課程任務(wù) 測(cè)量 是人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造世界的一種重要手段。 對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，需要進(jìn)行 定性分析 定量研究，定量就需要進(jìn)行測(cè)量。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量 測(cè)量的定義 測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí) 驗(yàn)過(guò)程。 測(cè)量技術(shù)測(cè)量技術(shù)獲取信息獲取信息 通信技術(shù)通信技術(shù)傳遞信息傳遞信息

3、計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)處理信息處理信息 被稱(chēng)為信息社會(huì)三大支柱被稱(chēng)為信息社會(huì)三大支柱 測(cè)量是信息的源頭技術(shù)測(cè)量是信息的源頭技術(shù) （測(cè)控技術(shù)，先要測(cè)，才能控）（測(cè)控技術(shù)，先要測(cè)，才能控） 測(cè)量水平的高低可以反映出一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。測(cè)量水平的高低可以反映出一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。 提高測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)測(cè)量手段的現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)提高測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)測(cè)量手段的現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn) 現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志?，F(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量的意義 測(cè)量的意義 v日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量 v科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量，離開(kāi)測(cè)量就不會(huì)有真正 的科學(xué)。 沒(méi)有望遠(yuǎn)

4、鏡就沒(méi)有天沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天 文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就 沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指 南針就沒(méi)有航海事業(yè)南針就沒(méi)有航海事業(yè) 測(cè)量的意義 1.1 測(cè)量概述測(cè)量的意義 兩彈一星元?jiǎng)淄醮箸駜蓮椧恍窃獎(jiǎng)淄醮箸?中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)工程院院士。我國(guó)現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)及光中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)工程院院士。我國(guó)現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)及光 學(xué)工程的開(kāi)拓者和奠基人之一。學(xué)工程的開(kāi)拓者和奠基人之一。 19991999年榮獲年榮獲“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)聝蓮椧恍枪转?jiǎng)?wù)隆薄?v 根據(jù)測(cè)量結(jié)果的方法分類(lèi) 1） 直接測(cè)量 v 在儀器上直接獲得測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行讀數(shù)，稱(chēng)為直接測(cè)量。 v 如用頻率計(jì)測(cè)量頻率。 2） 間接測(cè)量 v

5、在這種測(cè)量中，是測(cè)量一個(gè)與被測(cè)量有著某種函數(shù)關(guān)系的量 ，再利用函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量。 v 如測(cè)量放大電路的集電極電流，我們可以測(cè)量發(fā)射極上電阻 的電壓，再通過(guò)部分電路的歐姆定律計(jì)算出集電極電流。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量方法 3）.組合測(cè)量法 v 在測(cè)量中被測(cè)量值不能一次得出結(jié)果，需要通過(guò)測(cè)量幾 個(gè)未知量，然后通過(guò)被測(cè)量與這幾個(gè)未知量之間的方程 組求解，得到被測(cè)量的結(jié)果。 v 例如，在電阻與溫度的關(guān)系式：Rt=R201+（t-20）+(t- 20)2中的和測(cè)定。可以方程求解 vRt1=R201+（t1-20）+(t1-20)2 vRt2=R201+（t2-20）+(t2-20)2 v 解出和的這些

6、測(cè)量結(jié)果。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量方法 v 按獲得讀數(shù)的方法分類(lèi)按獲得讀數(shù)的方法分類(lèi) 1 1） . .直讀法直讀法 v 用能夠用能夠直接指示或顯示直接指示或顯示被測(cè)參數(shù)的電子儀器進(jìn)被測(cè)參數(shù)的電子儀器進(jìn) 行測(cè)量稱(chēng)為直讀法。行測(cè)量稱(chēng)為直讀法。 v 例如，用電壓表測(cè)量電壓，指針的偏轉(zhuǎn)位置反映了例如，用電壓表測(cè)量電壓，指針的偏轉(zhuǎn)位置反映了 被測(cè)電壓的大小，我們可以直讀電壓值。被測(cè)電壓的大小，我們可以直讀電壓值。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量方法 2 2）. . 比較法比較法 v用被測(cè)量和已知量進(jìn)行比較而得到測(cè)量參數(shù)的方法。用被測(cè)量和已知量進(jìn)行比較而得到測(cè)量參數(shù)的方法。 它有下面幾種：它有下面幾種： v替代法替代

7、法 v在儀器上用已知量的在儀器上用已知量的標(biāo)準(zhǔn)元件代替未知的被測(cè)元件，標(biāo)準(zhǔn)元件代替未知的被測(cè)元件，如果兩如果兩 次測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)相同，則未知量等于已知量。如利用次測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)相同，則未知量等于已知量。如利用Q Q表表 測(cè)量電感量。測(cè)量電感量。 v差值法差值法 v儀器測(cè)量的讀數(shù)是未知量和標(biāo)準(zhǔn)已知量的差值。儀器測(cè)量的讀數(shù)是未知量和標(biāo)準(zhǔn)已知量的差值。 1.1 測(cè)量概述測(cè)量方法 電子測(cè)量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測(cè)量技術(shù)。電子測(cè)量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測(cè)量技術(shù)。 電子測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要組成部分。電子測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要組成部分。 ( (二次表二次表) ) 電子測(cè)量?jī)x器 傳感器 電電

8、 量量 非電量非電量 ( (一次表一次表) ) 1.2 電子測(cè)量概述 電子測(cè)量的內(nèi)容電子測(cè)量的內(nèi)容 廣義講：凡是利用了電子技術(shù)進(jìn)行的測(cè)量廣義講：凡是利用了電子技術(shù)進(jìn)行的測(cè)量 電子測(cè)量的基礎(chǔ)：電子測(cè)量的基礎(chǔ)： 頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗 狹義講狹義講：在電子學(xué)中有關(guān)電量的量值：在電子學(xué)中有關(guān)電量的量值 1.2 電子測(cè)量概述 狹義電子測(cè)量的內(nèi)容主要包括：狹義電子測(cè)量的內(nèi)容主要包括： （1 1）能量的測(cè)量）能量的測(cè)量 能量的測(cè)量指的是對(duì)電流、電壓、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度等參量能量的測(cè)量指的是對(duì)電流、電壓、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度等參量 的測(cè)量。的測(cè)量。 （2 2）電路參數(shù)的測(cè)量）電路參數(shù)

9、的測(cè)量 電路參數(shù)的測(cè)量指的是對(duì)電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)電路參數(shù)的測(cè)量指的是對(duì)電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì) 因數(shù)、損耗率等參量的測(cè)量。因數(shù)、損耗率等參量的測(cè)量。 （3 3）信號(hào)特性的測(cè)量）信號(hào)特性的測(cè)量 信號(hào)特性的測(cè)量指的是對(duì)頻率、周期、時(shí)間、相位、調(diào)制信號(hào)特性的測(cè)量指的是對(duì)頻率、周期、時(shí)間、相位、調(diào)制 系數(shù)、失真度等參量的測(cè)量。系數(shù)、失真度等參量的測(cè)量。 （4 4）電子設(shè)備性能的測(cè)量）電子設(shè)備性能的測(cè)量 電子設(shè)備性能的測(cè)量指的是對(duì)通頻帶、選擇性、放大倍數(shù)電子設(shè)備性能的測(cè)量指的是對(duì)通頻帶、選擇性、放大倍數(shù) 、衰減量、靈敏度、信噪比等參量的測(cè)量。、衰減量、靈敏度、信噪比等參量的測(cè)量。 （5 5

10、）特性曲線的測(cè)量）特性曲線的測(cè)量 特性曲線的測(cè)量指的是對(duì)幅頻特性、相頻特性、器件特性特性曲線的測(cè)量指的是對(duì)幅頻特性、相頻特性、器件特性 等特性曲線的測(cè)量。等特性曲線的測(cè)量。 1.2 電子測(cè)量概述 上述各種參量中上述各種參量中 頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗等是基本參量， 其他的為派生參量，基本參量的測(cè)量是派生參量測(cè)量的基礎(chǔ)。 電壓測(cè)量是最基本、最重要的測(cè)量?jī)?nèi)容 1.2 電子測(cè)量概述 電子測(cè)量的特點(diǎn)電子測(cè)量的特點(diǎn) （1 1）測(cè)量頻率范圍寬。）測(cè)量頻率范圍寬。被測(cè)信號(hào)的頻率范圍除測(cè)量直流外，被測(cè)信號(hào)的頻率范圍除測(cè)量直流外， 測(cè)量交流信號(hào)的頻率范圍低至測(cè)量交流信號(hào)的頻率范圍低至1010-6 -6HzH

11、z以下，高至以下，高至THzTHz（1T1T Hz=10Hz=1012 12Hz Hz） （2 2）量程范圍寬。）量程范圍寬。如數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)電壓測(cè)量由納伏（如數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)電壓測(cè)量由納伏（nVnV） 級(jí)至千伏（級(jí)至千伏（kVkV）級(jí)電壓，量程達(dá)）級(jí)電壓，量程達(dá)1212個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí) （3 3）測(cè)量準(zhǔn)確度高。）測(cè)量準(zhǔn)確度高。例如，用電子測(cè)量方法對(duì)頻率和時(shí)間進(jìn)例如，用電子測(cè)量方法對(duì)頻率和時(shí)間進(jìn) 行測(cè)量時(shí)，由于采用原子頻標(biāo)和原子秒作為基準(zhǔn)，可以行測(cè)量時(shí)，由于采用原子頻標(biāo)和原子秒作為基準(zhǔn)，可以 使測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到使測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到1010-13 -1310 10-14 -14的數(shù)量級(jí)。 的數(shù)量級(jí)。 （4

12、4）測(cè)量速度快。）測(cè)量速度快。因?yàn)殡娮訙y(cè)量是通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和電磁波傳因?yàn)殡娮訙y(cè)量是通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和電磁波傳 播進(jìn)行工作播進(jìn)行工作 （5 5）易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)）易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè) ：遙測(cè)，遙控：遙測(cè)，遙控 （6 6）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器智能化）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器智能化 1.2 電子測(cè)量概述 利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表設(shè)備，統(tǒng)稱(chēng)為電子測(cè)量?jī)x器。利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表設(shè)備，統(tǒng)稱(chēng)為電子測(cè)量?jī)x器。 電子測(cè)量?jī)x器的電子測(cè)量?jī)x器的功能功能： 2. 2.信號(hào)處理與傳輸信號(hào)處理與傳輸功能：信號(hào)調(diào)理、模功能：信號(hào)調(diào)理、模/ /數(shù)、抗干擾、壓縮、有數(shù)、抗干擾、壓縮、有 線或無(wú)線傳輸線或無(wú)線傳輸

13、3. 3.顯示顯示功能：指針在儀表度盤(pán)；數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示功能：指針在儀表度盤(pán)；數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示 測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果。 1. 1.轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換功能：電量功能：電量( (功率、電流、電阻功率、電流、電阻)電壓；非電量電壓；非電量電量電量 （電壓）（電壓） 此外，一些先進(jìn)的儀器，如智能儀器等，還具有數(shù)據(jù)記錄、此外，一些先進(jìn)的儀器，如智能儀器等，還具有數(shù)據(jù)記錄、 處理處理 及自檢、自校、報(bào)警提示等功能。及自檢、自校、報(bào)警提示等功能。 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi) 按照被測(cè)量的特性，電子測(cè)量?jī)x器可分為以下幾類(lèi)：按照被測(cè)量的特性，電子測(cè)量?jī)x器可分為以下

14、幾類(lèi)： 1. 1.時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量 也叫瞬態(tài)測(cè)量，主要測(cè)量被測(cè)量的對(duì)象隨時(shí)間變化的規(guī)律。也叫瞬態(tài)測(cè)量，主要測(cè)量被測(cè)量的對(duì)象隨時(shí)間變化的規(guī)律。 例如：電壓、電流等電參量的瞬時(shí)值例如：電壓、電流等電參量的瞬時(shí)值 t u 時(shí)域（示波器）時(shí)域（示波器） 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 2 2、頻域測(cè)量、頻域測(cè)量 又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)測(cè)量，主要測(cè)量測(cè)量對(duì)象與頻率之間的關(guān)系。（頻譜、又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)測(cè)量，主要測(cè)量測(cè)量對(duì)象與頻率之間的關(guān)系。（頻譜、 功率譜、相位噪聲等）功率譜、相位噪聲等） 例如：放大器的增益、相移等例如：放大器的增益、相移等 f 頻域（頻譜儀）頻域（頻譜儀） f0 u 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 3 3 數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)域

15、-二進(jìn)制數(shù)據(jù)流二進(jìn)制數(shù)據(jù)流 邏輯分析儀邏輯分析儀 邏輯定時(shí)分析儀邏輯定時(shí)分析儀 邏輯狀態(tài)分析儀邏輯狀態(tài)分析儀 1 0 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 1 0 4 4 隨機(jī)域隨機(jī)域-噪聲、干擾噪聲、干擾 5 5 元器件、網(wǎng)絡(luò)元器件、網(wǎng)絡(luò) 元件（無(wú)源）元件（無(wú)源）-R-R、L L、C C、Y Y、Q Q 器件（有源）器件（有源）-半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 網(wǎng)絡(luò)（有網(wǎng)絡(luò)（有/ /無(wú)源）無(wú)源）-傳輸特性、頻率特性等傳輸特性、頻率特性等 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 電子測(cè)量?jī)x器的主要性能指標(biāo) u1.精度 測(cè)量準(zhǔn)確度又稱(chēng)測(cè)量精度，它是指測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)或測(cè)量 結(jié)果與被測(cè)量真值相一致的程度。對(duì)精度目前

16、還沒(méi)有一個(gè)公 認(rèn)的、定量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此常作為一個(gè)籠統(tǒng)的概念來(lái)使 用。包括三個(gè)方面： .: .: .: 反映精密度與正確度的綜合準(zhǔn)確度 度指示值與真值的接近程正確度 儀表指示值的分散性精密度 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 u2. 2.穩(wěn)定性穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指在規(guī)定的時(shí)間區(qū)間，其他外界條件恒 定不變的情況下，保證儀器示值不變的能力。 例例 ，某數(shù)字電壓表的穩(wěn)定度為，某數(shù)字電壓表的穩(wěn)定度為: : （0.008%Um+0.003%Ux)/8h0.008%Um+0.003%Ux)/8h 其含義為：其含義為： 外界條件不變情況下，在外界條件不變情況下，在8 8小時(shí)內(nèi)，測(cè)量同一電壓，電壓表小時(shí)內(nèi)，測(cè)量同一電

17、壓，電壓表 示值在（示值在（0.008%Um+0.003%Ux)0.008%Um+0.003%Ux)范圍波動(dòng)。范圍波動(dòng)。 其中：其中：UmUm為電壓表相應(yīng)量程的滿度值，為電壓表相應(yīng)量程的滿度值，UxUx為示值為示值 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 u3 3，輸入阻抗，輸入阻抗： 測(cè)量?jī)x表的輸入阻抗對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。 例，某示波器輸入阻抗例，某示波器輸入阻抗Ri=10M,Ci35pfRi=10M,Ci35pf 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 u4 4，靈敏度，靈敏度: : 靈敏度表示測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)量變化的敏感程度，一般定義 為測(cè)量?jī)x表指示值(指針的偏轉(zhuǎn)角度、數(shù)碼的變化、位移的大 小等)增量y與被測(cè)

18、量增量x之比。 靈敏度的另一種表述方式叫作分辨力或分辨率，是指測(cè)量 儀表所能區(qū)分的被測(cè)量變化的最小值，在數(shù)字式儀表中經(jīng)常 使用，同一儀器不同量程的分辨率不同。 靈敏度靈敏度= =指示量增值指示量增值/ /被測(cè)量增值被測(cè)量增值 偏轉(zhuǎn)因數(shù)（示波器）偏轉(zhuǎn)因數(shù)（示波器）= =偏轉(zhuǎn)靈敏度的偏轉(zhuǎn)靈敏度的 倒數(shù)，單位：倒數(shù)，單位： mv/div mv/div 。 請(qǐng)思考請(qǐng)思考3mv/div 3mv/div 的含義。的含義。 分辨率：測(cè)量?jī)x表所能區(qū)分的被測(cè)量的最小變化量。分辨率：測(cè)量?jī)x表所能區(qū)分的被測(cè)量的最小變化量。 請(qǐng)思考數(shù)字電壓表分辨率為請(qǐng)思考數(shù)字電壓表分辨率為1V1V的含義。的含義。 1.2 電子測(cè)量?jī)x

19、器概述 u5 5，線性度，線性度: : 線性度是測(cè)量?jī)x表輸入/輸出特性之一，表示儀表 的輸出量(示值)隨輸入量(被測(cè)量)變化的規(guī)律。 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 u6 6，頻率范圍: : 頻率范圍是指保證測(cè)量?jī)x器其他指標(biāo)正常工作的 有效頻率范圍 1.2 電子測(cè)量?jī)x器概述 1.3 計(jì)量的基本概念 術(shù)語(yǔ)：術(shù)語(yǔ)： 測(cè)量（測(cè)量（MeasurementMeasurement）-確定量值（數(shù)據(jù)確定量值（數(shù)據(jù)/ /單位）的實(shí)驗(yàn)過(guò)程單位）的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 測(cè)試（測(cè)試（TestTest）“測(cè)評(píng)測(cè)評(píng)”性測(cè)量性測(cè)量, ,界定較模糊。界定較模糊。 定性定性體能、智商體能、智商 定量定量0/10/1、A A 含含 計(jì)量計(jì)量-權(quán)

20、威性的基準(zhǔn)測(cè)量權(quán)威性的基準(zhǔn)測(cè)量 統(tǒng)一性統(tǒng)一性-單位，方法單位，方法 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性-建立基準(zhǔn)、比對(duì)建立基準(zhǔn)、比對(duì) 法制性法制性-政府、計(jì)量局政府、計(jì)量局 檢測(cè)檢測(cè)-監(jiān)控性的測(cè)量（只要不超出允許的誤差范圍則認(rèn)為合格）監(jiān)控性的測(cè)量（只要不超出允許的誤差范圍則認(rèn)為合格） 沒(méi)有測(cè)量，就談不上計(jì)量；沒(méi)有計(jì)量，測(cè)量則失去價(jià)值。沒(méi)有測(cè)量，就談不上計(jì)量；沒(méi)有計(jì)量，測(cè)量則失去價(jià)值。 單位和單位制 v 根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱(chēng)為單位。 v 單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分， 又是對(duì)兩個(gè)同類(lèi)量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。 v 1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)國(guó)際單位制SI。 v 1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了中華人民共和

21、國(guó)法定計(jì)量單位， 決定我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)。 v SI有7個(gè)基本單位 1.3 計(jì)量的基本概念 基準(zhǔn)與傳遞基準(zhǔn)與傳遞 一級(jí)：主基準(zhǔn)（國(guó)家級(jí)：中國(guó)計(jì)量研究院）一級(jí)：主基準(zhǔn)（國(guó)家級(jí)：中國(guó)計(jì)量研究院） 二級(jí)：副基準(zhǔn)（省、市級(jí)計(jì)量局）二級(jí)：副基準(zhǔn)（省、市級(jí)計(jì)量局） 三級(jí)：工作基準(zhǔn)（縣、市級(jí)計(jì)量局）三級(jí)：工作基準(zhǔn)（縣、市級(jí)計(jì)量局） 實(shí)際應(yīng)用儀表實(shí)際應(yīng)用儀表 量值溯源 量值溯源 量值傳遞 量值傳遞 國(guó)際計(jì)量局國(guó)際計(jì)量局 比對(duì)比對(duì)-同級(jí)儀表比同級(jí)儀表比 較一致性。較一致性。 校準(zhǔn)校準(zhǔn)-高級(jí)儀表校高級(jí)儀表校 準(zhǔn)低級(jí)儀表準(zhǔn)低級(jí)儀表。 檢定檢定-法定計(jì)量部法定計(jì)量部 門(mén)評(píng)定低一等級(jí)儀表門(mén)評(píng)定低一等級(jí)儀

22、表 是否合格。是否合格。 v 國(guó)際單位制國(guó)際單位制（SISI）的組成 國(guó)際單位制基本單位國(guó)際單位制基本單位 1.3 計(jì)量的基本概念 v國(guó)際單位制是由國(guó)際單位制單位、國(guó)際單位制詞頭和國(guó)際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位 三部分組成。 v國(guó)際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。 例：5.4X10-9s=5.4ns 1.3 計(jì)量的基本概念 1.3 測(cè)量結(jié)果 測(cè)量結(jié)果測(cè)量數(shù)值測(cè)量結(jié)果測(cè)量數(shù)值. .測(cè)量單位，測(cè)量單位，即：即： 0 xxx 計(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) v 1. 1.基準(zhǔn)基準(zhǔn) v基準(zhǔn)用來(lái)復(fù)現(xiàn)某一基本測(cè)量單位的量值，只用于基準(zhǔn)用來(lái)復(fù)現(xiàn)某一基本測(cè)量單位的量值，只用于 鑒定各種量具的精度，不直接參加測(cè)量。鑒定各種

23、量具的精度，不直接參加測(cè)量。 v (1)(1)一級(jí)基準(zhǔn)一級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)，又稱(chēng)主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn) v具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。 v (2)(2)二級(jí)基準(zhǔn)二級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)副基準(zhǔn)，又稱(chēng)副基準(zhǔn) v副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定，用以代替主基副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定，用以代替主基 準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì)準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì) v (3)(3)三級(jí)基準(zhǔn)三級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)工作基準(zhǔn)，又稱(chēng)工作基準(zhǔn) v工作基準(zhǔn)用來(lái)直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞工作基準(zhǔn)用來(lái)直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞 ，用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度。，用以檢定

24、下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度。 1.3 計(jì)量的基本概念 2. 2.標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) v 根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì)根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì) 量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)。，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)。 v 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量 器具之上。器具之上。 v 按精度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按精度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 。 v 通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定，通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定， 確定其量值的精確度大小。確定其量值的精確度大小。 v 除標(biāo)準(zhǔn)器具外，

25、還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。除標(biāo)準(zhǔn)器具外，還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。 1.3 計(jì)量的基本概念 v 3. 3.幾個(gè)術(shù)語(yǔ)幾個(gè)術(shù)語(yǔ) v （1 1）計(jì)量器具：）計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象 量值的量具、計(jì)量?jī)x器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)量器具量值的量具、計(jì)量?jī)x器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)量器具 。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作 計(jì)量器具三類(lèi)。計(jì)量器具三類(lèi)。 v （2 2）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。 v （3

26、 3）工作計(jì)量器具：）工作計(jì)量器具：工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量 值傳遞，而是直接用來(lái)測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具值傳遞，而是直接用來(lái)測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具 。 1.3 計(jì)量的基本概念 v （4 4）比對(duì)：）比對(duì)： 在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類(lèi)在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類(lèi) 基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的 是考核量值的一致性。是考核量值的一致性。 v （5 5）檢定：）檢定： 是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等 級(jí)的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評(píng)定

27、被檢計(jì)量器具級(jí)的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評(píng)定被檢計(jì)量器具 的計(jì)量性能是否合格的目的。一般的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確 度為被檢者的度為被檢者的1/31/3到到1/101/10。 v （6 6）校準(zhǔn)：）校準(zhǔn)： 校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì)校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì) 量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí) 也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。 v （7 7）量值的傳遞：）量值的傳遞： 指一個(gè)物理量單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn)、指一個(gè)物理量

28、單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn)、 標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用 的測(cè)量?jī)x器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程。的測(cè)量?jī)x器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程。 1.3 計(jì)量的基本概念 千克原器模型 原件在巴黎原件在巴黎 國(guó)際計(jì)量局國(guó)際計(jì)量局 地下室地下室 米原器模型 原件在巴黎原件在巴黎 國(guó)際計(jì)量局國(guó)際計(jì)量局 地下室地下室 v 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 v傳統(tǒng)儀器 v現(xiàn)代儀器 v智能儀器 v虛擬儀器 模擬式模擬式 儀表儀表 數(shù)字式數(shù)字式 儀表儀表 智能化智能化 儀表儀表 虛擬虛擬 儀器儀器 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 傳統(tǒng)儀器傳

29、統(tǒng)儀器 模擬儀器模擬儀器 數(shù)字化儀器數(shù)字化儀器 指針式三用表指針式三用表 示波器示波器 數(shù)碼顯示儀表數(shù)碼顯示儀表 軟硬兼施軟硬兼施 多功能多功能 高精度高精度 自動(dòng)化自動(dòng)化 改進(jìn)方向改進(jìn)方向 特點(diǎn)特點(diǎn) 全由硬件組成全由硬件組成 功能單一固定功能單一固定 精度較低精度較低 人工操作人工操作 現(xiàn)代儀器現(xiàn)代儀器 智能化智能化 模塊化模塊化 虛擬化虛擬化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 發(fā)展方向發(fā)展方向 性能優(yōu)異功能多性能優(yōu)異功能多 儀器與計(jì)算機(jī)融合儀器與計(jì)算機(jī)融合 硬件與軟件結(jié)合硬件與軟件結(jié)合 特點(diǎn)特點(diǎn) 智能儀器智能儀器 程控儀器程控儀器-自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 虛擬儀器虛擬儀器 主要形式主要形式 1.4 電子測(cè)量

30、儀器的發(fā)展 智能儀器智能儀器 ( (計(jì)算機(jī)嵌入儀器計(jì)算機(jī)嵌入儀器) ) 通常人們把內(nèi)含微處理器和通常人們把內(nèi)含微處理器和GPIBGPIB接口接口的儀器稱(chēng)為智能儀器的儀器稱(chēng)為智能儀器 測(cè)試模塊測(cè)試模塊 或信號(hào)源或信號(hào)源 智能儀器智能儀器 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 GPIB GPIB（General-Purpose Interface BusGeneral-Purpose Interface Bus）- -通用接口總線通用接口總線 ，是一種工程控制用的協(xié)議。最初由，是一種工程控制用的協(xié)議。最初由HPHP公司提出，目公司提出，目 前成為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，遵守的協(xié)議為前成為一種

31、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，遵守的協(xié)議為IEEE488IEEE488。一般。一般 被用來(lái)使用任何編程語(yǔ)言如被用來(lái)使用任何編程語(yǔ)言如VBVB、VcVc、C+C+實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)實(shí)現(xiàn)電腦對(duì) 儀器的控制。當(dāng)然也有某些儀器制造商自己開(kāi)發(fā)的語(yǔ)儀器的控制。當(dāng)然也有某些儀器制造商自己開(kāi)發(fā)的語(yǔ) 言支持言支持GPIBGPIB。如。如keithleykeithley公司使用的公司使用的testpointtestpoint，NINI公司公司 的的labviewlabview等。實(shí)現(xiàn)這種控制首先要被控儀器支持等。實(shí)現(xiàn)這種控制首先要被控儀器支持GPIBGPIB ，其次，工控機(jī)安裝，其次，工控機(jī)安裝IEEE488IEEE488卡，并通過(guò)卡，并通

32、過(guò)gpibgpib線連接兩線連接兩 個(gè)設(shè)備。個(gè)設(shè)備。 GPIBGPIB比串口控制提高了傳輸速率和同時(shí)支持的設(shè)備比串口控制提高了傳輸速率和同時(shí)支持的設(shè)備 總數(shù)。但是目前已經(jīng)被傳輸速率更快支持設(shè)備總數(shù)更總數(shù)。但是目前已經(jīng)被傳輸速率更快支持設(shè)備總數(shù)更 多的多的lanlan接口替代。接口替代。 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 IEEE-488 IEEE-488 總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)?？偩€是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488IEEE-488總線總線 用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示 器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE

33、-488IEEE-488總線裝配起總線裝配起 來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào)來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào) ，連接方式為總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上，連接方式為總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上 而不需中介單元，但總線上最多可連接而不需中介單元，但總線上最多可連接1515臺(tái)設(shè)備。最臺(tái)設(shè)備。最 大傳輸距離為大傳輸距離為2020米，信號(hào)傳輸速度一般為米，信號(hào)傳輸速度一般為500KB/s500KB/s，最，最 大傳輸速度為大傳輸速度為1MB/s1MB/s。 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 虛擬儀器虛擬儀器（儀器融入計(jì)算機(jī)儀器融入計(jì)算機(jī)） VIVI，Virtual I

34、nstrumentsVirtual Instruments是檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)有機(jī)結(jié)是檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)有機(jī)結(jié) 合的產(chǎn)物。它是美國(guó)國(guó)家儀器（合的產(chǎn)物。它是美國(guó)國(guó)家儀器（NINI，National InstrumentsNational Instruments）公司于）公司于 19811981年提出的個(gè)人儀器（年提出的個(gè)人儀器（Personal Computer InstrumentPersonal Computer Instrument）的）的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。虛擬儀器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。虛擬儀器 是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層 軟件和一些硬件模塊，使用戶(hù)軟件和一些硬件模塊，使用戶(hù) 操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就像操作操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就像操作 一臺(tái)真實(shí)的儀器一樣。虛擬儀一臺(tái)真實(shí)的儀器一樣。虛擬儀 器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出 了了“軟件就是儀器軟件就是儀器”的概念。的概念。 1.4 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 D/A-D/A-由軟件產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)由軟件產(chǎn)生測(cè)試信號(hào) A/D-A/D-采集測(cè)量數(shù)據(jù)采集測(cè)量數(shù)據(jù) 1 1 數(shù)